变压器、电抗器的差动试验及电流互感器的正确接线

变压器、电抗器的差动试验及电流互感器的正确接线

TA的二次接线极性必须符合继电保护的要求，以下面几次事故为例。2001年6月17日某站500kV5032断路器C相TA发生永久性接地故障：500kVII母线两套母线保护RADSS/S、BP-2A动作；某线线路保护两侧LFP-901A、CSL-101A动作；某线允许式通道FOX-40、STK-01开放，某站LFP-925故障判别装置动作。继电保护动作联系如图1示，继电保护动作行为分析如下：

母线、线路继电保护动作正确，在保护动作后，5033、5032、5012及某站的联系断路器5022、5023同时跳开，及时切除了故障，但是LFP-925故障判别装置不应发出动作信号，在立即对某站的继电保护动作情况分析后，发现500kV某线的电抗器保护由于匝间保护动作误发了启动对侧远跳信号。在保护制造厂家的技术指导下，终于发现是电抗器的零序TA的二次极性接反造成了以上情况的发生。

另一次是2003年6月9日15点23分，200kV某线路发生故障，500kV某站系统潮流增大，#2主变零序差动保护误动，定值零序差动启动电流值为0.18A，TA变比1250/1，变压器跳闸。分析原因证明是在当年5月进行保护屏更换时保护装置的公共绕组二次的TA输出极性接入方向与正确接线相差180°，差动电流大于零差动作值造成事故发生。

2 事故原因的分析

2.1 电抗器匝间保护容易发生的问题

2.1.1电流采样值选自于电抗器中性点零序TA必须注意二次极性接线固然零序TA对电抗器的内部故障具有灵敏性高、选择性好的优点，但是，电抗器零序TA的输出极性在现场安装时没有准确的试验、技术原理较复杂，工作人员不容易接对。

2.1.2匝间保护的采样值无法判别

500kV某线电抗器匝间保护为中性点TA，由于正常运行时只有很小的不平衡电流，在电抗器带负荷后不可能用伏安相位表测量电压与电流的相位的准确性。

2.2变压器零序差动保护容易发生问题的分析

2.2.1变压器零序差动保护的采样值

I01，I02，I0CW，分别为I侧、II侧和公共绕组侧的零序电流，因此各侧的TA输出极性接入必须符合设计要求，如果任何一侧不符合，没有按差接线接法，在正常和外部故障时，流入继电器的电流为三侧之和，外部短路电流使继电器动作。

对新型微机保护原理与TA输出的接线容易接错。厂家说明书中关于“零序比率差动原理……当满足以上条件时，零序比率差动动作，零序各侧的零序电流通过装置自产得到，这样可以避免各侧零序极性校验问题”。主要是指装置内部的原理，决不能认为在变压器第一次冲击保护没有动作，各侧的极性在装置内部自己调整正确，没有继续检查的必要。实际应该用高压侧及公共绕组的冲击波形图进行分析才能得出正确的结论。

2.2.2变压器带负荷电流小影响测量

装置经测量后的各侧功率方向分析不够，有时，变压器所带负荷较小，无法通过相角来判断。

2.2.3用波形图分析

对RCS系列的变压器保护在第一次冲击时，没有用高压侧及公共绕组的冲击波形图进行分析，没有利用这次良好的判别机会来纠正公共绕组的极性，以至发生了越级跳闸的事故。

针对以上的事故原因分析，我们必须找出明确的解决方案。

必须对新型微机保护的原理熟悉理解

3.1超高压电抗器的匝间保护的原理与中性点TA二次的正确接线

1匝间保护原理

为由电抗器高压零序电流、零序电压组成的零序阻抗继电器，当电抗器匝间短路K1及内部单相接地故障K2时，零序源在电抗器内部，既由电抗器向系统送出零序功率。如图2所示。此时零序电压与零序电流的关系为Uo=- IoJxLo，端口测量到的是系统的零序阻抗。当电抗器外部单相接地故障K3时，零序源在电抗器的外部，零序电压及零序电流的关系为Uo=IoJxLo，因此，保护的原理具有明显的方向性。

3.1.2明确TA的接线正确性

在500kV某变电站的电抗器保护屏上进行了TA接线的正确性分析，查清由互感器端子到继电保护屏的连线和屏上继电器的极性，同时用试验进行验证。

原来的试验接线如图3所示，根据技术要求为故障电流流向电抗器为动作功率。

试验过程：在电流回路加K1进3Io（定值），在电压回路L603~N600加Ua~0（20V），相角为85°（零序电流流向电抗器），装置可靠动作。然后相角为180°+85°（模拟反方向）装置应不动。以上为某线高抗器匝间保护接线原理及试验过程

现场分析认为此接线不符合匝间保护的原理，由厂家技术人员参加指导，其正确动作向量如图5示。

在矢量图中可以明显看出，故障电流大于3Uo105°为最灵敏动作线，而目前的接线为TA的二次输出是故障电流小于3Uo105°为最灵敏动作线，相差180°。因此将中性点TA二次输出电流的k1与k2的端子排里侧内部接线做如下改动：SD72在下面（原在上面），XC4改在上面。并做试验结果如下：在端子排Ua（3Uo）加超前75°电压20V，电流（Io）加超出定值（0.05A）1.0A，匝间保护动作，相角为180°+75°（模拟反方向）装置不动。

试验结果符合矢量图要求，与电抗器的匝间短路动作行为相符，在线路故障时不会误动，以上试验相当于零序电流流出电抗器。完善后投入运行。

3.1.4 超高压电抗器多采用分相式结构二次接线

中性点TA可以对匝间保护反映灵敏，可靠。但是比起电流量取自高端的A、B、C三相自产零序电流接线正确性有不足见图6。

3.1.4.1中性点TA使用的不足之处

发生电抗器匝间保护的监控电流不能反映中性点零序TA的不正常电流。微机型WDK-600电抗器保护可以具备断线等TA二次断线的闭锁保护的功能，但是必须是图5的三相自产零序电流接线，它首先要躲过正常工况下由于三相电压不平衡引起的零序电压及三相TA不一致引起的零序电流，当电抗器发生TA断线及TV断线时，都闭锁匝间保护，但是根据TA断线的闭锁原理A、Imin（Ia，Ib，Ic）〈0.1In Ia，Ib，Ic为某一端的三相电流B、本端3Io〉0.3InC、对端3Io〈0.3InD、Id〈1.2In 以上四个条件必须同时满足，才判TA断线，因此，电抗器中性点零序TA 的断线不闭锁匝间保护。

3.1.4.2 优先的设计：山东某变电站的超高压电抗器的二次接线设计都为取自高端的A、B、C三相自产零序电流：极性为由母线指向电抗器为正，3Io=Ia+Ib+Ic接线，零序电压接线分别取自3Uo或者保护内部自产零序电压：3Uo=Ua+Ub+Uc，动作带有方向性，使得匝间保护在线路向电抗器输送短路电流时动作，当电抗器向线路输送短路电流时不动作。因此，采用以上的设计比较可靠，不会出现500kV蒙照线采用中性点TA出现误动的现象。

3.2 变压器零差保护的原理与正确接线

500 kV某变电站#2变压器的零差保护内部与TA的二次极性正确接线原理图如图7所示：

零序比率差动保护主要应用于自耦变压器，其动作方程如下：

Iod >Iocdqd Ior≤0.5In

Iod>Kobl[Ior-0.5Io]+ Iocdqd

Ior=max{∣Io1∣，∣Io2∣，∣Iocw∣}

Iod=∣Io1+ Io2+ Iocw∣

其中Io、Io2、Iocw分别为I侧、II侧和公共绕组侧零序电流，Iocdqd为零序比率差动起动定值，Iod为零序差动电流，Ior为零序差动制动电流，Kobl为零序差动比率制动系数整定值，In为TA二次额定电流。

当满足以上条件时，零序比率差动动作。零差各侧零序电流通过装置自产得到，这样可避免各侧零序TA极性校验问题。正常运行及外部故障时，依克希可夫定律，在装置内部电流总和为零。但是当Iocw的二次极性接反时，情况就截然不同，特别是当区外故障时Io+Io2+Iocw>动作值，保护产生误动。

由于微机保护具有在线自动检测功能，人工调试的工作量大大减少，由微机软件实现保护的功能，只要通过大纲所列各项试验项目，证明硬件是完好的，并且程序没有改变，那么装置的各项功能就必然是正确的，但是有一些项目是自动检测所无法代替的，例如绝缘试验、数据采集系统的精度和线行度试验、互感器二次极性的试验以及开关量输入和输出回路的测量等，因此，装置刚带负荷期间的采样值、一次电流、电压的测量相对极性关系及变比必须做全面。

3.2.1 极性接线错误完全可以避免

运用极性测量法判断TA 二次极性的正确 。国家《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》中13.17.4规定：最根本的办法是查清电压及电流互感器极性，所有由互感器端子到继电保护屏的连线和屏上零序方向继电器的极性，做出综合的正确判断。在图5中可以看出 ，500kV、220kV侧均是3/2断路器接线的和电流方式，依克希可夫定律，在装置内部电流总和为零，因此，各侧的两组TA的极性应该以本身对应母线为正相同极性，中性点的极性应该以地为正，与两侧的极性相同。具体讲，零序差动保护的三侧试验时首先应认真按设计检查其端子排接线。通常使用交流法、直流法、组别法来检查极性正确，其中以直流组别法最方便、最容易发现接线错误。由于互感器匝比K1= U1/U2 = W2/W1，取试验电源为6×1·5V#1电池串联组，在A、B、C相的二次输出a、x处按星接正、非星接负原则接0～100uA中间刻度微安表3只。根据表计摆动方向确定，结果如图表所示。

组别（极性） 测量方法：在互感器一次绕组加入A、B、C、之间加入9伏电压（瞬间断开）将互感器另一侧合上接地刀闸，以形成组别，二次绕组ab、bc、ac 感应电势，如表计指示不符表1要求或很小，应认为是否有短路接线错误，及时纠正。公共绕组的试验应在高压侧进行，不可在中压侧进行，否则因公共绕组的反电势得出错误的结论。最后恢复原状态和清理现场。经试验，更换保护屏改动后的5011、5012、2211、2212 断路器TA二次组别、变压器高压、中压、低压、公共绕组套管及断路器TA组别全部为12点接线。3.2.2 TA的极性必须与保护屏原理一致。

保护屏规定的以上所指的方向均是TA的正极性端在母线侧情况（本体断路器方向），中性点地为正极性，具体参见前面保护配置图。对于零差保护，可以通过变压器的空充试验进行校验。由于在变压器空投时，保护装置一般会启动，此时将保护装置的零序差动电流的波形定义出来，若是从高压侧空投，则高压侧自产零序电流与公共绕组侧自产电流的波形应该反相位。2003年10月16日在500kV某站对#1变压器更换为微机保护屏时，接受#2变压器公共绕组极性接反，没有用空投试验波形判别的教训，用5012断路器对刚更换保护装置的#1变压器进行冲击时，立即对RCS-978C变压器保护装置的记录波形进行了认真分析。

波形图对5012断路器及公共绕组的冲击电流表达清晰，以高压侧IAH的在同一时间的波形与公共绕组IACW的波形比较，相角相差180°。结论：极性正确。

3.2.2 带负荷试验

国家《继电保护及电网安全自动装置检验条例》中第14.2节规定：：对新安装的或设备回路经较大变动的装置，在投入运行以前，必须用一次电流和故障电压加以检验，以判定：电流差动保护（母线、发电机、变压器的保护、线路纵差及横差等）接到保护回路中的各组电流回路的相对极性关系及变比是否正确。在变压器三侧带负荷后，用ML100型钳形多功能查线仪以系统电压Ua为基准，测量变压器三侧的电流相角认真分析：相角符合潮流方向、辐值参数与TA变比正确、相序正确。无误后，投入运行。

4两次事故的电流相角的畸变

2006年6月26日，500kV某站新上3号主变投运，在空载投切变压器试验过程中，首次冲击，变压器差动保护动作，冲击不成功；后又进行第二次冲击，仍然不成功，差动保护动作。事后，我们收集现场资料，根据保护动作情况及故障波形对冲击不成功原因进行了分析，结果如下。

从保护跳闸报告上看，两套不同原理制动的差动保护（波形制动和谐波制动）均动作出口。看故障波形（如图9），虽然冲击时的直流分量很大，三相波形偏向时间轴的一侧，但是三相电流都很大，波形平滑、连贯、无间断角，同正常变压器空载冲击时的波形（如图9）有所不同。同时，还可以发现在相位上，A、C两相几乎同相， B相与A、C两相反相（差180度）。

B相低压侧绕组反接时的相量图如图所示，由于绕组接反，变压器△侧产生了不平衡电压Uk，由于绕组阻抗很小，继而产生了很大的环流Ik。

更改了变压器b相的一次接线组别，见图10，与相关二次绕组极性，该变压器一次送电成功。

又一次变压器故障时某站天气晴朗，气温炎热户外达42度，站内无任何操作。该变压器于2004年7月8日投产。事隔18天后跳闸,首先怀疑是设备的质量问题。但是对主变取油样色谱进行分析正常，经检查站内一次设备无明显故障点。立即对保护屏的公共绕组零序出口压板进行了解除，对#2变压器进行了强送，一次侧480MW，二次检查发现变压器B保护屏一直处在公共绕组过流保护动作状态，用钳型电流表对变压器公共绕组进行了检查，发现零序电流达到0.532A（定值0.34A 6.5S）。我们在#2变压器汇控柜进行二次电流测量,最后排除了零序电流是由保护屏的内部回路引起的。

通过在对由汇控柜到本体CT的六角图的测量中结果证明了是由于电缆的绝缘损坏,从而与电缆的保护接地点形成闭合的短路环流, 以分相差动的A4271为基准测量公共绕组4281的相角：A4281电流0.371A,角度0°;B4281电流0.372A,角度120°;C4281电流0.368A,角度312°,由于C相电流的回路接地引起角度相位明显的向A相滞后312度，与标准差72度，并且产生零序电流，N4281的不正常电流达到0．495A,超过定值,引起B保护柜的零序过流动作，C相电流的严重偏移是造成这次跳闸的主要原因。见图11.